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#powerfrage an Patrick Le Fèvre

Wie wird GaN die Power-Branche 2021 verändern?

27. Januar 2021, 07:00 Uhr   |  Ute Häußler

Wie wird GaN die Power-Branche 2021 verändern?
© PRBX

Ein Gast-Kommentar von Patrick Le Fèvre, Powerbox

Das Interessante an der Entwicklung der Wide Band Gap-Halbleiter (WBG) ist, dass wir eine ähnliche Situation wie bei der Einführung der ersten Leistungs-MOSFETs erleben: Einige Entwickler haben die Vorteile von SiC und GaN sofort erkannt – und das, obwohl die ersten Produkte nicht wirklich nutzerfreundlich waren. Mit ihrem Verarmungsbetrieb erforderten sie sehr spezifische Treiber.

Vor fünf Jahren haben die Hersteller das erste Mal die Trommel gerührt und die Vorteile der WBG-Technologie beworben. Doch zwischen Marktreife und Akzeptanz für Massenmarktanwendungen kann sehr viel Zeit liegen. Diese Kluft wird normalerweise mit der »Kamelrücken«-Kurve beschrieben, welche die Einführung neuer Technologien und deren Hürdenlauf in den Massenmarkt widerspiegelt. Viele langjährige Power-Entwickler haben diese Kluft in den letzten Jahren mehrmals durchquert; zuletzt bei der Migration von der analogen zur digitalen Steuerung. Es dauerte immerhin mehr als zehn Jahre, bis diese ein signifikantes Akzeptanzniveau erreicht hatte.

Im Falle der WBG-Halbleiter und insbesondere von Galliumnitrid (GaN) sind die »Early Adopters« weit schneller auf den Zug aufgesprungen als prognostiziert. Dass die Computer- und Smartphone-Branche zu den ersten Anwendern gehörte ist wirklich keine Überraschung. Aber allein die Anzahl der in 2020 auf den Markt gebrachten USB C-Ladegeräte mit GaN  ist beeindruckend! Aktuelle Produkte wie das Mini-USB-C-Ladegerät »cookie charger« mit 50 W in der Größe eines Reiskekses sind einfach fabelhaft.

Die WBG-Technologie wartet mit einigen Besonderheiten auf, etwa einem sehr geringen Innenwiderstand und der Fähigkeit, sehr schnell zu schalten. Deshalb kommt dem Packaging eine hohe Bedeutung zu und viele Hersteller bringen gerade in diesem Bereich vielfältige Innovationen hervor. Technologisch ist der Ansatz von Efficient Power Conversion (EPC) und Alex Lidow sehr interessant, da er Verbindungsverluste auf ein Minimum reduziert und es ermöglicht. GaN-Leistungswandler können so auf eine noch nie dagewesene Miniatur-Größe schrumpfen.

Mit Blick auf das letzte Jahr, was stark von Corona geprägt war, erstaunt die Vielzahl an technischen Webinaren während des Lockdowns. Viele Power-Entwickler haben die Zeit intensiv genutzt, um sich auf diesem Wege mit der neuen GaN-Technologie vertraut zu machen. Einige Unternehmen berichten, dass sie 10 Mal mehr Evaluierungskits als vor dem Lockdown verschickt haben.

Wenn wir den Markt in zwei Segmente einteilen – SiC für höhere Spannungen und GaN für geringere Spannungen – sind zwei unterschiedliche Modi erkennbar: Elektrofahrzeuge oder Solaranwendungen sind höhere Spannungen mit SiC-Transistoren bereits gewohnt, hier reden wir eher von einer Evolution. Im niedrigeren Spannungsbereich sind WPG-Halbleiter eine Revolution. Die Entwickler sind gerade mal in der Lernphase – es geht gerade erst los.

In Anbetracht all dessen wird 2021 ein sehr wichtiges Jahr für Galliumnitrid sein. Ich erwarte viele neue GaN-basierte Power-Produkte, sowohl mit Wechsel- wie auch mit Gleichspannung.

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